1. Introducción

2. Trabajos preliminares

2.1 Información básica

Las galerías son obras de captación y conducción de agua subterráneas hasta un punto de-terminado, bien sea para su distri-bución o para su consumo.

El diseño y construcción de galerías requiere de una cuidado-sa planificación para asegurar su buen funcionamiento. De los estu-dios iniciales para la obtención de los datos de diseño, dependerán las actividades que deban imple-mentarse para la construcción y funcionamiento de una galería.

Este documento resume los pasos que deben seguirse para lograr el diseño de una galería que satisfaga las exigencias del abas-tecimiento de agua para consumo humano en pequeñas ciudades

Para diseñar una galería filtrante se necesita la siguiente información:

a) Plano cartográfico de la zona.b) Plano geológico y perfiles

transversales.c) Perfil estratigráfico.d) Mapa de niveles de las aguas

subterráneas y su variación en el año hidrológico.

e) Parámetros hidrogeológicos determinados por ensayos de bombeo.

f) Análisis físico-químico y bacte-riológico del agua.

2.2 Reconocimiento de cam-po

2.3 Trabajos complementa-rios

2.4 Ubicación

3. Diseño

El reconocimiento de cam-po es imprescindible porque per-mite apreciar el relieve, el aflora-miento de rocas, la proximidad de posibles focos de contaminación, etc.

De no ser suficiente la infor-mación disponible, será necesaria la ejecución de trabajos comple-mentarios como perforaciones exploratorias, trabajos de topo-grafía, ensayos de bombeo de po-zos y análisis físico-químico y bac-teriológico de muestras de agua, entre otros.

Frecuentemente, la ubica-

ción es perpendicular al flujo de las aguas subterráneas, pero si existe una recarga constante de un río, podrá ser paralela a éste. La profundidad será definida en función de la variación del nivel de las aguas subterráneas, de mane-ra que garantice su funcionamien-to durante todo el año y bajo las condiciones de sequía más severas.

Considerando que el pro-yectista de pequeñas obras de abastecimiento de agua tiene que diseñar la galería de filtración de acuerdo con su experiencia y, por

GALERÍAS FILTRANTES:PEQUEÑOS SISTEMAS

Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria yCiencias del Ambiente (CEPIS/OPS)

Unidad de Apoyo Técnico para elSaneamiento Básico del Área Rural (UNATSABAR)

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lo general, sin un detallado estu-dio hidrogeológico, resulta prácti-co efectuar cálculos por medio de diferentes métodos y variar los pa-rámetros dentro de un rango razo-nable de magnitud, para luego se-leccionar los resultados mas pro-bables. Aunque el procedimiento no parece confiable, en muchos casos proporciona buenos resul-tados en el diseño de pequeños sistemas de abastecimiento de agua. Emplear diferentes mode-los en el diseño de la galería fil-trante, permite al proyectista iden-tificar los parámetros o factores de mayor influencia y por lo tanto, ayuda a definir las pruebas de campo que se deben realizar.

De esta manera, una vez de-terminada la longitud mínima de la galería se procede al diseño de los elementos que la componen.

En el diseño del colector se deben considerar los siguientes aspectos:a) Sección con capacidad suficien-

te para el caudal de diseño.b) Mínimas pérdidas por fricción.c) Área de las aberturas del dren

3.1 Colector

que faciliten el flujo hacia el conducto.

El diámetro mínimo es el que garantice el escurrimiento del caudal de diseño con un tirante no mayor al 50%,y no será menor de 200 mm. para facilitar la limpieza y mantenimiento de los drenes.

En las galerías largas, es posible usar distintos diámetros y hay que tener en cuenta que los tramos iniciales no necesitan una alta capacidad de conducción, (ver figura 1).

Por lo general, se usan tu-berías comerciales, como las de cloruro de polivinilo (PVC), as-besto cemento, hierro fundido y hormigón simple o armado.

Si se evalúan los materiales, se encuentra que la tubería plástica de PVC presenta grandes ventajas: es barata, liviana, induce pocas pérdidas por fricción, es fácil de transportar, instalar y perforar, no se corroe y tiene una larga vida útil.

3.1.1 Diámetro

3.1.2 Tipo de material

Los conductos de asbesto cemento tienen la desventaja de ser frágiles y pesados, y son difí-ciles de perforar.

El hierro fundido tiene alta resistencia a las cargas, gran du-rabilidad y permite un alto porcen-taje de área abierta. Sin embargo su costo es alto y es propenso a las incrustaciones, las que dismi-nuyen su capacidad hidráulica.

Las tuberías de hormigón son pesadas y frágiles, lo que complica su manejo, perforación e instalación. No obstante, pueden instalarse en pequeños tramos con las juntas abiertas.

Para evitar la acumulación del material fino que pueda entrar al conducto, la tubería del dren debe tener una pendiente adecua-da que facilite su autolimpieza. Normalmente, la velocidad de es-currimiento del agua en el dren debe ser mayor a 0,60 m/s. De esta manera, el material fino po-drá ser arrastrado hasta la cámara colectora donde se depositará para su eliminación.

La velocidad de autolim-pieza se logra con pendientes que varían de 0,001 m/m a 0,005 m/m.

No se recomienda pendien-tes altas para evitar una profundi-dad excesiva en casos de galerías de gran longitud.

En el diseño del área peri-metral abierta de los conductos, se debe tomar en consideración dos aspectos:a) Pérdida de la resistencia es-

tructural de la tubería;b) Velocidad de ingreso

3.1.3 Velocidad

3.1.4 Área abierta

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Figura 1 Galería de infiltración con distintos diámetros

- 3 -

El valor de la máxima velo-cidad de entrada permisible para evitar el arrastre de partículas fi-nas, varían desde 2,5 cm/s hasta 10 cm/s con un valor recomenda-do de 3 cm/s y para un coeficiente de contracción de entrada por ori-ficio de 0,55. En todo caso, es re-comendable disponer de la mayor cantidad de área abierta para te-ner bajas velocidades de entrada.

El área abierta por unidad de longitud del conducto estará dada por la siguiente expresión:

QuA =

e cV x C

Donde:A = Area abierta por unidad de

2longitud del conducto (m )Q = Caudal de diseño por uni-u

3dad de longitud (m /s)V = Velocidad de entrada (m/s)e

C = Coeficiente de contracciónc

El tipo de abertura que se practica en las tuberías son las perforaciones y las ranuras, las que pueden ser realizadas con taladros o discos.

Las dimensiones de las per-foraciones dependen de las ca-racterísticas del conducto. Según la publicación The Desing of Small Dams, del Bureau of Reclamation, la relación que debe existir entre la mayor dimensión de la abertura y el tamaño de los granos del filtro está dada por la siguiente expresión:

D de la grava del forro filtrante*852

Ancho o diámetro de las aberturas

(*) D85 es el tamaño de la abertura del tamiz por donde pasa el 85 por ciento en peso del material filtrante.

3.1.5 Forma, tamaño y distribu-ción de las aberturas

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Figura 2 Modelo de drenes

- 4 -

A su vez, la relación de diá-metros entre el forro filtrante y el material granular del acuífero de-be ser igual o menor a cinco.

D15 de la grava del forro filtrante5

D del material granular del acuífero85

La distribución de las aber-turas se hace de forma tal que no reduzca sustancialmente la resis-tencia a las cargas externas del conducto original. Se recomienda que tanto las perforaciones como las ranuras se distribuyan unifor-memente en el área perimetral, tal como se muestran en la figura 2.

El máximo porcentaje de área perimetral abierta depende del tipo de material del conducto, de modo que a mayor resistencia del material, mayor área abierta permisible. En pruebas realizadas en laboratorio con tuberías de PVC de 200 mm de diámetro, la resis-tencia a la carga externa aplicada con platos paralelos, disminuyó 20% con un área abierta del 3,2%.

Normalmente, un área abier-ta de alrededor del 3,0% permite velocidades de entrada por debajo de los valores máximos recomen-dados. Como los conductos sola-mente soportan cargas de relleno, es poco probable que colapsen de-bido a la pérdida de resistencia causada por las perforaciones.

Su función principal es im-pedir que el material fino del acuí-fero llegue al interior del conducto sin que sea afectada la velocidad de filtración, el forro filtrante debe ser ser mucho más permeable que el acuífero.

El forro filtrante se asemeja a la capa de soporte de los filtros de arena, y se deben seguir las re-

3.2 Forro filtrante

comendaciones que se sintetizan en el cuadro 1.

Capa Diámetro (mm) Altura(cm)

Mínimo Máximo

1 0,5-2,0 1,5-4,0 5

2 2,0-2,5 4,0-15,0 5

3 5,0-20,0 10,0-40,0 10

Cuadro 1 Granulometría del fo-rro filtrante

Como se observa en el cua-dro anterior, el espesor de cada una de las capas de filtro debe estar comprendida entre los 5 y 10 cm para lograr una filtración efi-ciente. Sin embargo, para evitar que durante la construcción que-den tramos de conducto sin recu-brimiento, puede ser necesario usar mayores espesores, lo cual no afecta el funcionamiento de los drenes, sino que lo protege contra cualquier defecto constructivo, por-que a medida que aumenta el es-pesor de las capas del forro filtran-te, disminuye el riesgo de que los granos más finos del acuífero sean arrastrados hacia el interior del conducto (ver figura 3).

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Actualmente, se dispone de geotextiles de material sintético resistente al agua, que pueden ser empleados de manera exitosa en la conformación del forro filtrante .

Al efecto, el geotextil se tien-de en el fondo de la zanja o trin-chera y sobre él se acomodan las diferentes capas de grava del forro filtrante que han de rodear al dren.

Figura 4Proceso

constructivodel pozofiltrante

Figura 3 Distribución de capasconcéntricas en el forro filtrante

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Una vez concluido el acomodo de todas las capas filtrantes, se cierra conformando el empaque de gra-va. Encima del empaque se coloca el material de excavación hasta aproximadamente unos 0.30 m por debajo de la superficie natural del terreno (ver figuras 4 y 5).

En las galerías ubicadas en las márgenes de los ríos o lagos y en los acuíferos con escurrimiento propio, es recomendable sellar la parte superior del relleno de la galería.

Se sella con material imper-meable para evitar que el agua estancada filtre hacia la galería y contamine el agua captada. Adi-cionalmente, la función del sello impermeable es aumentar la lon-gitud del recorrido del agua super-ficial a través de la masa de sue-los, y así mejorar su calidad física y bacteriológica.

El sello impermeable puede estar formado por una capa de arcilla de unos 30 centímetros de espesor. Este sello se puede com-plementar si se coloca en la parte inferior papel impermeable o geo-membrana. Para evitar que el agua superficial se estanque, se

3.3 Sello impermeable

recomienda que la capa imper-meable quede un poco más alta que el terreno circundante y con una pendiente que facilite el dre-naje del agua superficial fuera del área donde se ubica el dren (ver figura 6)

La función de este pozo es reunir el agua drenada por la gale-

3.4 Pozo colector

ría de filtración y facilitar, si fuera el caso, el bombeo de esta agua.

El pozo puede ser circular o rectangular, y sus dimensiones de-ben permitir que un hombre reali-ce labores el mantenimiento de los conductos y válvulas de regula-ción de los drenes y de los equipos de impulsión (ver figura 7).

Las paredes, el fondo y la parte superior del pozo deben ser de concreto reforzado y los aca-bados de las paredes y del fondo deben ser impermeables. La parte superior del pozo debe llevar una abertura para la instalación de una tapa de concreto o de fierro y, de-pendiendo de su profundidad, debe estar dotado de escalinatas para facilitar el acceso de un hom-bre al fondo del pozo.

Es recomendable que el fondo del pozo se prolongue unos 60 centímetros por debajo de la boca de salida del dren para

Figura 5 Sección longitudinal de galería de filtración

Figura 6Sección longitudinal

de galería de filtración

HOJAS DE DIVULGACIÓN TÉCNICA

CENTRO PANAMERICANO DE INGENIERÍA SANITARIA Y CIENCIAS DEL AMBIENTELos Pinos 259, Urb. Camacho, Lima 12Casilla 4337, Lima 100, PerúTeléfono: (51 1) 437-1077Fax: (51 1) 437-8289cepis@cepis.ops-oms.orgwww.cepis.ops.oms.org

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permitir la acumulación de la arena que pudiera ser arrastrada por las aguas captadas y facilitar el funcionamiento satisfactorio del equipo de impulsión del agua, si lo hubiera.

En el caso de que la galería esté ubicada en las márgenes de un curso o cuerpo de agua y que el área del pozo esté sujeta a inun-dación durante grandes avenidas,

se debe elevar la tapa del pozo colector hasta una altura mayor a la que pueda alcanzar el agua, para evitar la entrada de agua su-perficial y la contaminación del agua captada por la galería de filtración.

En casos de galerías de gran longitud, se colocarán

3.5 Cámaras de inspección

cámaras de inspección en el extremo inicial y a intervalos regu-lares para facilitar su manteni-miento. Sin embargo, en peque-ñas galerías, se puede colocarse tapones al inicio del ramal. Las cá-maras de inspección son simila-res a las usadas en los sistemas de alcantarillado sanitario, distan-ciadas entre ellas unos 50 m para diámetros de 200 mm, y hasta de 100 m para diámetros mayores de 200 mm.

Estas cámaras, al igual que el pozo colector, deben tener el fondo y las paredes impermeabili-zados. Además, la elevación de la tapa debe estar por encima del nivel máximo que alcanzan las aguas en el caso que la galería se encuentre expuesta a inundacio-nes.

Las válvulas de control de-ben instalarse en el extremo infe-rior del dren y en la cámara de ins-pección o el pozo colector. Tiene por finalidad controlar la velocidad de ingreso del agua por las ranu-ras de los drenes o la depresión del nivel freático. Por ningún moti-vo la columna de agua deberá ser menor a 0,30m por encima del conducto perforado.

3.6 Válvulas de control

Figura 7Detalles delpozo o cámaracolectora